基于GPS/GIS集成的滑坡外觀監(jiān)測系統(tǒng)的理論與應(yīng)用研究

黃興（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘探局物化探總隊，貴州 都勻 558000）

?

基于GPS/GIS集成的滑坡外觀監(jiān)測系統(tǒng)的理論與應(yīng)用研究

黃興（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘探局物化探總隊，貴州 都勻 558000）

地質(zhì)滑坡易引起多發(fā)性事故，對礦區(qū)生產(chǎn)及勘測帶來危害性，阻礙了采礦生產(chǎn)作業(yè)的有序進行?；谌蚨ㄎ幌到y(tǒng)與地理信息系統(tǒng)功能升級，構(gòu)建GPS/GIS集成技術(shù)平臺具有多功能意義，對滑坡外觀監(jiān)測給予了技術(shù)性支撐。結(jié)合滑坡的危害性，本文介紹了滑坡外觀監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計理論，提出符合滑坡外觀監(jiān)測的GPS/GIS集成控制模式。

GPS/GIS集成；滑坡；理論；應(yīng)用方法

滑坡是礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的一種形式，不僅破壞了礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定性，對后期采礦生產(chǎn)也造成諸多不利影響。為了控制滑坡災(zāi)害擴大，現(xiàn)代地質(zhì)學倡導(dǎo)采用信息技術(shù)輔助滑坡監(jiān)測與治理，建立更具科技化的滑坡防治工程方案。GPS/GIS集成技術(shù)是滑坡監(jiān)測的新技術(shù)，將其用于外觀監(jiān)測工作具有廣泛性的指導(dǎo)作用，為礦區(qū)地質(zhì)測量與分析提供指導(dǎo)依據(jù)。

1　滑坡的危害性

2015年，貴州省局地先后遭受低溫冷凍、地震、春旱、大風冰雹、暴雨洪澇、山體滑坡等多種自然災(zāi)害。經(jīng)統(tǒng)計，全省88個縣（市、區(qū)）中，有86個不同程度受災(zāi)，部分地方重復(fù)受災(zāi)。受災(zāi)人口594.55萬，緊急轉(zhuǎn)移安置18.81萬人，因災(zāi)死亡失蹤68人；農(nóng)作物受災(zāi)22.10萬hm2，絕收2.93萬hm2；倒塌和嚴重損壞民房16377戶43518間，一般損壞民房49340戶109993間，因災(zāi)直接經(jīng)濟損失74.53億元?；碌刭|(zhì)災(zāi)害占了73%的比重，是最主要的地質(zhì)災(zāi)害類型，在地質(zhì)災(zāi)害防治方面至關(guān)重要?；聻?zāi)害輕者造成大量經(jīng)濟損失，重則造成人民生命受到嚴重威脅，因此地質(zhì)滑坡監(jiān)測預(yù)警、滑坡防治工作已勢在必行。

2　滑坡外觀監(jiān)測的理論構(gòu)成

本次基于GPS系統(tǒng)對GIS系統(tǒng)實施優(yōu)化，體現(xiàn)了滑坡工程科技改造的新趨勢，成為城市礦區(qū)系統(tǒng)升級的新方向。借助滑坡監(jiān)測可實現(xiàn)礦區(qū)內(nèi)設(shè)備一體化控制，按照滑坡工程運行要求展開智能化調(diào)度，體現(xiàn)了新技術(shù)在滑坡監(jiān)測控制中的價值。實際控制中，要發(fā)揮GPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性功能，為滑坡工程設(shè)定智能、安全、高效性的控制平臺。

2.1 技術(shù)理論

滑坡監(jiān)測發(fā)展趨勢下，系統(tǒng)集成創(chuàng)新技術(shù)成為行業(yè)主流，由此細分成GIS、GPS、RS等實用性控制技術(shù)，能夠為滑坡勘察與作業(yè)提供科學的指導(dǎo)。因此，掌握滑坡監(jiān)測發(fā)展趨勢，深入研究系統(tǒng)集成控制技術(shù)方向，這些有助于發(fā)揮新技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢。系統(tǒng)集成是通過結(jié)構(gòu)化的綜合布線系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將各個分離的設(shè)備、功能和信息等集成到相互關(guān)聯(lián)的、統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)之中。

2.2 安全理論

滑坡變形監(jiān)測系統(tǒng)可以應(yīng)用于各種類型的巖質(zhì)和土質(zhì)地質(zhì)滑坡區(qū)域的變形監(jiān)測和安全預(yù)測預(yù)報，也可用于金屬非金屬露天礦排土場、邊坡的安全監(jiān)測，如露天煤礦、露天銅礦、鐵礦等?；卤O(jiān)測的智力性、創(chuàng)新性、戰(zhàn)略性和環(huán)境污染少等優(yōu)勢，對社會和經(jīng)濟的發(fā)展具有極為重要的意義。例如，利用新技術(shù)輔助滑坡勘察與開采，可以減小人工操作難度，實現(xiàn)地質(zhì)形式一體化采掘生產(chǎn)，推動行業(yè)收益穩(wěn)步增長。

2.3 監(jiān)測理論

滑坡是地質(zhì)構(gòu)造中重要的地質(zhì)形式，科學開發(fā)與利用滑坡有助于地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。滑坡監(jiān)測背景下，系統(tǒng)集成技術(shù)可用于多方面，與GPS、GIS、RS等技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，構(gòu)建了符合現(xiàn)代化的滑坡勘察作業(yè)模式?？辈烊藛T在滑坡監(jiān)測過程中，要充分發(fā)揮出地球物理方法與系統(tǒng)集成技術(shù)的聯(lián)用優(yōu)勢，進一步細化滑坡監(jiān)測流程，促進滑坡資源開發(fā)與利用率全面提升。

3　基于GPS/GIS集成的滑坡監(jiān)測系統(tǒng)

基于礦區(qū)環(huán)境與滑坡監(jiān)測升級改造，滑坡監(jiān)測結(jié)構(gòu)有了多種控制方案可選，如何選擇最佳方式服務(wù)于廣大乘客，這是設(shè)計人員需要重點解決的技術(shù)問題。借助GPS操控平臺，對滑坡監(jiān)測結(jié)構(gòu)進行多樣式升級，實現(xiàn)“人、礦、坡”之間的協(xié)調(diào)性控制。

3.1 GPS系統(tǒng)

（1）定位監(jiān)測?；鹿こ虒Τ鞘鞋F(xiàn)代化建設(shè)意義重大，采用新技術(shù)輔助區(qū)域礦區(qū)與改造活動，為地區(qū)城市軌道改造提供技術(shù)支撐。在地質(zhì)滑坡滑動區(qū)域結(jié)合水文地質(zhì)條件，合理布設(shè)能夠反映滑坡運動情況的監(jiān)測點，形成整體的滑坡監(jiān)測網(wǎng)。GPS系統(tǒng)以計算機控制為中心，通過遠程網(wǎng)絡(luò)、通信傳輸?shù)确绞綄崿F(xiàn)智能化控制，按照設(shè)備調(diào)試與控制信號要求，建立符合滑坡監(jiān)測標準的各級管理模式。

（2）網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測。滑坡監(jiān)測可由計算機實施智能化控制，在礦區(qū)內(nèi)設(shè)定中央控制中心，與工程內(nèi)進行多種連接，進而實現(xiàn)三級控制目標。監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r顯示監(jiān)測點的三維變化情況，如位移量、位移速度、加速度、位移矢量圖等，對變形數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并建立長期監(jiān)測系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)平臺是遠程控制的新平臺，利用互聯(lián)網(wǎng)為礦區(qū)內(nèi)構(gòu)建滑坡監(jiān)測，進一步執(zhí)行各項監(jiān)測操作命令，同時確保礦區(qū)內(nèi)人員、設(shè)備的安全性。

3.2 GIS系統(tǒng)

（1）輸入端口。用轉(zhuǎn)換芯片作為滑坡監(jiān)測信號處理中心，對礦區(qū)內(nèi)外信號實施自主化控制，保持區(qū)域信號傳輸?shù)陌踩?。設(shè)計GPS系統(tǒng)方案中，結(jié)合遠程調(diào)度系統(tǒng)完成信號執(zhí)行方式，幫助滑坡監(jiān)測準確執(zhí)行控制命令。GIS輸入端口不僅對數(shù)據(jù)進行自動化控制，對端口模擬信號也采用了更多的服務(wù)成都，從信號模擬、時鐘輸入、信號執(zhí)行、掉電保護等動作，對滑坡工程運行實施綜合保護。

（2）交互平臺。基于GPS系統(tǒng)條件下，GIS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有了多種選擇，利用互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建交互平臺，實現(xiàn)了軌道控制的統(tǒng)籌化建設(shè)。例如，監(jiān)測系統(tǒng)具有預(yù)測預(yù)報功能，為緊急情況下進行搶險救援工作提供數(shù)據(jù)依據(jù)，確保危險區(qū)域滑坡前進行有效的應(yīng)急響應(yīng)。此外，滑坡監(jiān)測交互利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為中心，對乘客、列車之間形成交互作用，提高了滑坡監(jiān)測運行的安全性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是滑坡監(jiān)測交互控制中心，按照程序指令完成動態(tài)操作。

3.3 GPS/GIS系統(tǒng)

（1）遙控系統(tǒng)。GPS技術(shù)是滑坡監(jiān)測的控制中心，采用多功能元素設(shè)定操控平臺，加快了滑坡監(jiān)測一體化控制系統(tǒng)升級，滿足了不同情境下滑坡監(jiān)測控制流程。系統(tǒng)支持進行多級報警，通過多種方式將報警信息發(fā)送給相關(guān)責任人，將可能發(fā)生的災(zāi)害結(jié)合其它監(jiān)測手段獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)，進一步預(yù)測邊坡及滑坡變形的趨勢，指導(dǎo)場地規(guī)劃建設(shè)。

（2）動態(tài)控制。動態(tài)控制是對礦區(qū)內(nèi)運行情況的虛擬化模擬，由動態(tài)空間構(gòu)建展示系統(tǒng)，對信號傳輸與控制平臺執(zhí)行安全程序。GPS芯片組裝過程中，可添加信號反饋系統(tǒng)對滑坡監(jiān)測進行監(jiān)控，一旦發(fā)生危險情況，可及時啟動安全控制平臺，發(fā)揮控制器在監(jiān)測結(jié)構(gòu)中的操控優(yōu)勢。GPS/GIS轉(zhuǎn)換是現(xiàn)代滑坡監(jiān)測系統(tǒng)改進的理論指導(dǎo)，為滑坡監(jiān)測設(shè)計操控的奠定了理論基礎(chǔ)，保障滑坡監(jiān)測流程的規(guī)范化運行。

4　結(jié)論

總之，礦區(qū)工程建設(shè)關(guān)系著社會資源調(diào)配情況，做好區(qū)域滑坡外觀監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)礦區(qū)生產(chǎn)效率最優(yōu)化。基于GPS/GIS技術(shù)平臺下，以滑坡監(jiān)測理論為指導(dǎo)，利用集成技術(shù)輔助滑坡勘察作業(yè)，體現(xiàn)了新技術(shù)用于工程規(guī)劃的優(yōu)勢。同時，以GIS/GPS、RS等技術(shù)平臺，能夠為礦業(yè)勘察與規(guī)劃提供指導(dǎo)，實現(xiàn)了區(qū)域地質(zhì)形式的一體化建設(shè)。

［1］余學祥，王 慶，萬德鈞，徐紹銓，呂偉才.GPS變形監(jiān)測信息高精度快速解算方法研究［J］.東南大學學報（自然科學版），2003（06）.

［2］石玉泉，付培義.礦山GPS沉陷與變形監(jiān)測體系［J］.太原理工大學學報，2003（02）.

［3］歐陽祖熙，王明全，張宗潤，張 勇，張永慶，陳明金，師潔珊，張 路. 用GPS技術(shù)研究三峽工程萬州庫區(qū)滑坡的穩(wěn)定性［J］.中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學報，2003（02）.

［4］許國輝，張新長.卡爾曼濾波模型粗差的探測及其在施工變形測量中的應(yīng)用［J］.中山大學學報（自然科學版），2003（03）.

［5］付建萍，于銀輝.GPS與GIS集成在公安交通指揮系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.吉林大學學報（信息科學版），2003（01）.

黃 興（1988-），湖南人，助理工程師，本科，主要從事工程測量，測繪工作。

P208

A

2095-2066（2016）07-0113-02

2016-2-18